申请日20200311
公开(公告)日20200703
IPC分类号C02F1/72; C02F9/04; C02F101/30; C02F103/30
摘要
本发明公开了一种连续降解工业印染废水工艺及其非晶合金填料和制备方法，本发明提供的非晶合金填料由封装外壳、非晶合金层和支撑骨架三部分组成。在非晶合金层间使用支撑骨架构造出多个微小流道，使工业印染废水在微小通道内能够连续流动并与非晶合金充分接触，有效增加印染废水与非晶合金的接触面积，降解效果好，易于实现规模化工业生产，可快速组装填充成非晶合金填料反应器;使用时，非晶合金填料反应器可以直接连接在工业管道或排污管道上，施工简单、方便，满足多种工业应用场景。另外，整个连续降解工业印染废水工艺易于实现，能实现印染废水染料99%以上的连续脱色效率，并可循环利用，具有绿色环保的特点。
权利要求书
1.一种用于连续降解工业印染废水的非晶合金填料，其特征在于，其包括
非晶合金层，利用类芬顿反应，将工业印染废水中的有机染料氧化降解;
支撑骨架，用于支撑分离所述非晶合金层，并在相邻两非晶合金层之间构造出多个微小通道，使得工业印染废水在微小通道内连续流动并与非晶合金层充分接触;
封装外壳，用于容纳固定所述非晶合金层和支撑骨架，该封装外壳上设有工业印染废水的入口和出口。
2.根据权利要求1所述的用于连续降解工业印染废水的非晶合金填料，其特征在于，所述非晶合金层为铁基非晶合金带材或非晶纳米晶复合材料。
3.根据权利要求2所述的用于连续降解工业印染废水的非晶合金填料，其特征在于，所述铁基非晶合金带材的成分原子百分比为：含铁量60～85%，非金属元素10～20%，其它过渡族元素0～15%，其中所述非金属元素为B、C、N、S、Si、P中的一种或几种，所述其它过渡族元素为Ti、Co、Ni、Cu、Mo、Al、Zr、Nb中的一种或几种。
4.一种用于连续降解工业印染废水的非晶合金填料的制备方法，其特征在于，其包括以下步骤：
(A)预备权利要求1-3中任意一项所述的非晶合金层、支撑骨架和封装外壳;
(B)将非晶合金层和支撑骨架相叠形成卷材，对所述卷材进行弯卷形成横截面外轮廓为圆形、椭圆形、方形或三角形的降解芯料;
(C)将所述降解芯料放入封装外壳内进行封装。
5.一种非晶合金填料反应器，其包括壳体，其特征在于，所述壳体其内设有权利要求1-3中任意一项中所述的用于连续降解工业印染废水的非晶合金填料或权利要求4中所述的用于连续降解工业印染废水的非晶合金填料。
6.一种非晶合金填料反应器，其包括管道，其特征在于，所述管道其内设有权利要求1-3中任意一项中所述的用于连续降解工业印染废水的非晶合金填料或权利要求4中所述的用于连续降解工业印染废水的非晶合金填料。
7.一种连续降解工业印染废水工艺，其特征在于，其包括以下步骤：
(1)通过酸碱调节工业印染废水至适当的pH值范围;
(2)将完成步骤(1)的工业印染废水与处理药水进行均匀混合;
(3)将完成步骤(2)的工业印染废水温度调整至20-95℃后，引流至权利要求5或6所述的非晶合金填料反应器;
(4)工业印染废水通过用于连续降解工业印染废水的非晶合金填料中的微小通道分成多股支流，在流通的过程中使得各个微小通道各自形成微小反应器，实现边流通边降解，在非晶合金填料反应器的入口和出口之间形成有机染料浓度的梯度降低，并确保流至出口前达到排放或回收的利用标准，实现连续降解工业印染废水的目的。
8.根据权利要求7所述的连续降解工业印染废水工艺，其特征在于，所述酸碱为硫酸、盐酸、硝酸、氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化钙、酸性盐和碱性盐中的一种或几种。
9.根据权利要求7所述的连续降解工业印染废水工艺，其特征在于，所述处理药水为双氧水或过硫酸盐。
10.根据权利要求7所述的连续降解工业印染废水工艺，其特征在于，所述步骤(3)中利用换热器将工业印染废水温度调整至20-95℃。
说明书
连续降解工业印染废水工艺及其非晶合金填料和制备方法
技术领域
本发明属废水处理技术领域，具体涉及一种用于连续降解工业印染废水的非晶合金填料、填料制备方法、非晶合金填料反应器和连续降解工业印染废水工艺。
背景技术
染料或颜料是指能使其它物质获得鲜明而牢固色泽的一类有机化合物，由于目前使用的颜料主要是人工合成的，所以也称为合成染料。根据其化学结构主要包括偶氮染料、蒽醌染料、芳甲烷染料、靛族染料、硫化染料、酞菁染料、杂环染料、硝基和亚硝基染料等，主要作用在纤维上用于纺织物的染色印花。由于社会经济的高速发展，人们对染料的需求越来越大，在使用过程中造成的污染也越来越严重，其中印染废水的存在严重危害了人类健康，破坏了水体生态平衡。
印染废水是加工棉、麻、化学纤维及其混纺产品为主的印染厂排出的废水。每印染加工1吨纺织品耗水100-200吨，其中80-90%成为废水，因此印染废水水量极大;同时，废水中有机污染物含量高、酸碱性大、水质变化大，包含有染料、浆料、助剂、油剂、酸碱、纤维杂质、砂类物质、无机盐等，属于难处理的工业废水之一。目前印染废水的处理方法主要有吸附法、混絮凝法、化学氧化法、电化学法和生物处理法，然而这些方法并不能有效消除印染废水中的有害物质及其对环境的影响。高级氧化法是一种新型处理技术，其通过反应产生氧化性极强的自由基，将有机物无选择地分解转化为CO2、H2O等无害的小分子化合物。常用的高级氧化法有超临界水氧化法、光催化氧化法和湿式催化氧化法，其中芬顿和类芬顿反应在处理工业废水中已取得良好的效益。
非晶合金材料是一类新型的金属材料，由于其独特的无序原子结构所带来的优异性能，在众多领域中具有重要的应用前景。近年来，铁基非晶合金材料被报道具有优异的染料降解能力，如用于降解偶氮染料，其降解速度相较于零价铁粉可提高1000倍，用于亚甲基蓝杂环染料可在数分钟内完成降解;同时，其无序的原子结构赋予的优异抗腐蚀性能，使得铁基非晶合金可有效循环使用40多次，还可有效避免二价铁离子及零价铁粉造成的铁泥二次污染问题。目前，铁基非晶合金具有工业化生产技术成熟，商业产品可选择性多，成本低等优势。然而，商业铁基非晶多为带材，厚度约20-50微米，降解工业废水时，直接以带材使用极为不便。目前采用非晶合金条带降解废水多采用单次、间歇式处理的工艺，降解效率低下。目前在工业废水降解中，尚没有成熟的非晶合金连续降解的工艺技术和装置。因此开发出便于工业应用的非晶合金降解方案，对非晶合金的应用、污水治理及社会经济可持续发展及其重要。
发明内容
针对上述的不足，本发明目的在于，提供一种连续降解工业印染废水工艺及其非晶合金填料和制备方法。所述非晶合金填料不仅易于在工业中大规模安装使用，而且具有极高的降解效率与极低的工业成本，能实现工业印染废水的连续高效降解。
为实现上述目的，本发明所提供的技术方案是：
一种用于连续降解工业印染废水的非晶合金填料，其包括非晶合金层、支撑骨架和封装外壳，其中所述非晶合金层利用类芬顿反应，将工业印染废水中的有机染料氧化降解;所述支撑骨架用于支撑分离所述非晶合金层，并在相邻两非晶合金层之间构造出多个微小通道，使得工业印染废水在微小通道内连续流动并与非晶合金层充分接触;所述微小通道为规整直通通道、蛇形通道或其它规则形状或不规则形状的通道，微小通道尺寸可调，支撑骨架的材质为金属或非金属均可。所述封装外壳用于容纳固定所述非晶合金层和支撑骨架，该封装外壳上设有工业印染废水的入口和出口。
作为本发明的一种优选方案，所述非晶合金层为铁基非晶合金带材、非晶纳米晶复合材料或工业废弃带材。较佳的，所述铁基非晶合金带材的成分原子百分比为：含铁量60～85%，非金属元素10～20%，其它过渡族元素0～15%，其中所述非金属元素为B、C、N、S、Si、P中的一种或几种，所述其它过渡族元素为Ti、Co、Ni、Cu、Mo、Al、Zr、Nb中的一种或几种。合理利用类芬顿反应，将有机染料氧化降解。
一种用于连续降解工业印染废水的非晶合金填料的制备方法，其包括以下步骤：
(A)预备上述的非晶合金层、支撑骨架和封装外壳;
(B)将非晶合金层和支撑骨架相叠形成卷材，对所述卷材进行弯卷形成横截面外轮廓为圆形、椭圆形、方形或三角形的降解芯料;
(C)将所述降解芯料放入封装外壳内进行封装。整体外形可以呈现出圆柱体、正方体或长方体等形状。
一种非晶合金填料反应器，其包括壳体，该壳体其内设有上述的用于连续降解工业印染废水的非晶合金填料。
一种非晶合金填料反应器，其包括管道，该管道其内设有上述的非晶合金填料。所述管道为工业管道或排污管道等，使用时只需将非晶合金填料装满管道，待处理的工业印染废水连续流经非晶合金填料反应器，调节反应参数确保流出非晶合金填料反应器前完成降解工序。
一种连续降解工业印染废水工艺，其包括以下步骤：
(1)通过酸碱调节工业印染废水至适当的pH值范围;
(2)将完成步骤(1)的工业印染废水与处理药水进行均匀混合;
(3)将完成步骤(2)的工业印染废水温度调整至20-95℃后，引流至上述的非晶合金填料反应器;非晶合金填料反应器可以是单独设计的降解反应器，也可将填料安装在工业管道中作为反应器使用，或者安装在排污管道中制成反应器，灵活使用。只要所述反应器内含有本发明制备的非晶合金填料，非晶合金填料可以规整排列在反应器中，也可均匀填充在反应器内，保证非晶合金层与工业印染废水最大的接触面积;
(4)工业印染废水通过用于连续降解工业印染废水的非晶合金填料中的微小通道分成多股支流，在流通的过程中使得各个微小通道各自形成微小反应器，实现边流通边降解，在非晶合金填料反应器的入口和出口之间形成有机染料浓度的梯度降低，并确保流至出口前达到排放或回收的利用标准，实现连续降解工业印染废水的目的。
作为本发明的一种优选方案，所述酸碱为硫酸、盐酸、硝酸、氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化钙、酸性盐和碱性盐中的一种或几种。
作为本发明的一种优选方案，所述处理药水为双氧水或过硫酸盐。
作为本发明的一种优选方案，所述步骤(3)中利用换热器将工业印染废水温度调整至20-95℃，优选为25-55℃，当工业印染废水的温度较低，需提高温度时，所述换热器主要是利用工业余热或高温的废水，节能环保。当工业印染废水的温度较高，需降低温度时，所述换热器主要是利用自然风冷或水冷。
作为本发明的一种优选方案，本发明连续降解工业印染废水工艺还可以包括光、电、声的辅助降解，以进一步提升降解效果。
本发明的有益效果为：本发明提供的非晶合金填料由封装外壳、非晶合金层和支撑骨架三部分组成。在非晶合金层间使用支撑骨架构造出多个微小流道，使工业印染废水在微小通道内能够连续流动并与非晶合金充分接触，有效增加印染废水与非晶合金的接触面积，降解效果好，易于实现规模化工业生产，可快速组装填充成非晶合金填料反应器;使用时，非晶合金填料反应器可以直接连接在工业管道或排污管道上，施工简单、方便，满足多种工业应用场景。另外，整个连续降解工业印染废水工艺易于实现，经实验测试，能实现印染废水染料99%以上的连续脱色效率，通过沉淀过滤后染料被完全脱除，过滤液吸收光谱曲线与蒸馏水相似，废水可循环利用，具有绿色环保的特点。（发明人闫玉强;柯海波;孙保安;马将;汪卫华）